高分子材料工程：实验指导书 塑料簿膜吹塑实验

1、 实验 塑料簿膜吹塑实验 一、实验目的1了解单螺杆挤出机、吹膜机头及辅机的结构和工作原理；2了解塑料挤出吹胀成型原理和各工艺参数对塑料薄膜性能的影响；3掌握聚乙烯吹膜工艺操作过程、各工艺参数的调节及分析薄膜成型的影响因素。二、实验原理塑料薄膜是应用广泛的高分子材料制品，可用挤出吹塑、压延、流延、挤出拉幅以及使用狭缝机头直接挤出等方法制造，各种成型方法的特点不同，适应性也不一样。其中吹塑法成型塑料薄膜比较经济和简便，结晶型和非晶型塑料都适用，吹塑成型不但能成型簿至几丝的包装薄膜，也能成型厚达0.3mm的重包装薄膜，既能生产窄幅，也能得到宽度达近20m的薄膜，这是其它成型方法无法比拟的。吹塑过程中

2、塑料受到纵横方向的拉伸取向作用，制品质量较高，因此，吹塑成型在薄膜生产上应用十分广泛。塑料薄膜的吹塑成型是基于高聚物的分子量高、分子间力大而具有可塑性及成膜性能。用于薄膜吹塑成型的塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙以及聚乙烯醇等。目前国内外以前两种居多，但后几种塑料薄膜的强度或透明度较好，已有很大发展。薄膜吹塑成型在原理上可分成3个阶段：1.挤出管坯，如将LDPE加入挤出机料筒后，经挤出机将熔融的塑料通过机头口模挤成管坯，2.吹胀管坯，用夹板夹持管坯使成密闭泡管，然后从机头底部通入的压缩空气使之均匀而自由地吹胀成直径较大的膜管，3.冷却定型，膨胀的膜管在向上被牵引的过程中，被纵向拉伸并逐步被

3、冷却，并由人字板夹平和牵引辊牵引，最后经卷绕辊卷绕成双折膜卷。在薄膜吹塑成型中，根据牵引的方向不同，通常分为平挤上吹、平挤下吹和平挤平吹三种工艺方法，其基本原理都是相同的，其中以平挤上吹法应用最广。本实验是用平挤上吹工艺成型低密度聚乙烯（LDPE）薄膜，如图301。在平挤上吹法中，使用直角机头，即机头出料方向与挤出机垂直，挤出管坯向上，牵引至一定距离后，由人字板夹拢，所挤管坯由底部引入的压缩空气将其吹胀，并以压缩空气气量多少来控制它的横向尺寸，以牵引速度控制纵向尺寸，经冷却定型后就可以得到吹塑薄膜。图-1 吹塑薄膜工艺示意图，平挤上吹法1-挤出料筒，2-过滤网，3-多孔板，4-风环，5-芯模，

4、6-冷凝线，7-导辊，8-橡胶夹辊， 9-夹送辊，10-不锈钢夹辊（被动），11-处理棒，12-导辊，13-均衡张紧辊，14-收卷辊，15-模环，16-模头，17-空气入口，18-加热器，19-树脂，20-膜管 在吹塑过程中，各段物料的温度、螺杆的转速是否稳定，机头的压力和口模的结构、风环冷却及室内空气冷却以及吹入空气压力，膜管拉伸作用等相互配合与协调都直接影响薄膜性能的优劣和生产效率的高低。1管坯挤出挤出机各段温度的控制是管坯挤出最重要的因素。通常，机头口模处温度稍低与机筒温度。熔体温度升高，粘度降低，机头压力减少，挤出流量增大，有利于提高产量。但若温度过高和螺杆转速过快，剪切作用过大，易使

5、塑料分解，且出现膜管冷却不良，这样，膜管的直径就难以稳定，将形成不稳定的膜泡“长颈”现象，所得膜管直径和壁厚不均，甚至影响操作的顺利进行。因此，通常挤出温度和速度控制得稍低一些。2机头和口模 吹塑薄膜的主要设备为单螺杆挤出机，由于是平挤上吹，其直角型机头有料流转向的问题，模具设计时须考虑设法不使近于挤出机一侧的料流速度大于另一侧，使薄膜厚度波动减少。为使薄膜的厚度波动在卷取薄膜辊上得到均匀分布，现常采用直角型旋转机头。口模缝隙的宽度和平直部分的长度与薄膜的厚度有一定的关系，如吹塑0.030.05mm厚的薄膜所用的模隙宽度为0.40.8mm，平直部分长度为714mm。3吹胀与牵引 在机头处通入压

6、缩空气使管坯吹胀成膜管，调节压缩空气的通入量可以控制膜管的膨胀程度。衡量管坯被吹胀的程度通常以吹胀比来表示，吹胀比是管坯吹胀后膜管的直径D2与挤出机环形口模直径D1的比值，即： (-1) 吹胀比的大小表示挤出管坯直径的变化，也表明了粘流态下大分子受到横向拉伸作用力的大小。常用吹胀比在26之间。 吹塑是一个连续成型过程，吹胀并冷却过程的膜管在上升卷绕途中，受到拉伸作用的程度通常以牵伸比来表示，牵伸比是膜管通过夹辊时的速度v2与口模挤出管坯的速度v1之比，即： (-2) 这样，由于吹塑和牵伸的同时作用，使挤出的管坯在纵横两个方向都发生取向，使吹塑薄膜具有一定的机械强度。因此，为了得到纵横向强度均等

7、的薄膜，其吹胀比和牵伸比最好是相等的。不过在实际生产中往往都是用同一环形间隙口模，靠调节不同的牵引速度来控制薄膜的厚度，故吹塑薄膜纵横向机械强度并不相同，一般都是纵向强度大于横向强度。 吹塑薄膜的厚度与吹胀比和牵伸比的关系可用下式表示： (-3) 式中 薄膜厚度，mm；b机头口模环形缝隙宽度，mm。4风环冷却 风环是对挤出膜管的冷却装置，位于离模膜管的四周，操作时可调节风量的大小控制膜管的冷却速度。在吹塑聚乙烯薄膜时，接近机头处的膜管是透明的，但在约高于机头20cm处的膜管就显得较浑浊。膜管在机头上方开始变得浑浊的距离称为冷凝线距离（或称冷却线距离）。膜管浑浊的原因所大分子的结晶和取向。从口模

8、间隙中挤出的熔体在塑化状态被吹胀并被拉伸到最终的尺寸，薄膜到达冷凝线时停止变形过程，熔体从塑化态转变为固态。在相同的条件下，冷却线的距离也随挤出速度的加快而加长，冷凝线距离高低影响薄膜的质量和产量。实际生产中，可用冷却线距离的高低来判断冷却条件是否适当。用一个风环冷却达不到要求时，可用两个或两个以上的风环冷却。对于结晶型塑料，降低冷凝线距离可获得透明度高和横向撕裂强度较高的薄膜。5薄膜的卷绕 管坯经吹胀成膜管后被空气冷却，先经人字导向板夹平，再通过牵引夹辊，而后由卷绕辊卷绕成薄膜制品。人字板的作用是稳定已冷却的膜管，不让它晃动，并将它压平。牵引夹辊是由一个橡胶和一个金属辊组成，其作用是牵引和拉

9、伸薄膜。牵引辊到口模的距离对成型过程和膜管性能有一定影响，其决定了膜管在压叠成双折前的冷却时间，这一时间与塑料的热性能有关。三、仪器设备与原料1设备仪器图-2 吹塑薄膜用直角式挤出机头1-芯棒轴 2-口模 3-调节螺钉 4-压缩空气入口 5-机颈（1）LUMF-150超微型薄膜吹塑线：LE8-30C锥形单螺杆挤出机，直角式挤出机头，冷却风环，牵引、卷取装置（2）吹塑薄膜用直角式挤出机头（如图-2所示） （3）卡尺、测厚仪、台秤、秒表等。2原料LDPE，吹膜级，颗粒状塑料。四、准备工作1LDPE原料烘箱干燥，80，2h。 2详细观察、了解挤出机和吹塑辅机的结构，工作原理，操作规程等。3根据原料L

10、DPE的特性，初步拟定挤出机料筒温度、模具温度及螺杆转速，同时拟定其他操作工艺条件。五、实验步骤1按照挤出机的操作规程，接通电源，开机加热。检查机器运转、加热和冷却是否正常。机头口模环形间隙中心要求严格调正。对机头各部分的衔接、螺栓等检查并趁热拧紧。 2当挤出机加热到设定值后稳定30min。开机在慢速下投入少量的LDPE粒子。待熔体挤出成管坯后，观察壁厚是否均匀，调节口模间隙，使沿管坯圆周上的挤出速度相同，尽量使管坯厚度均匀。 3开动辅机，以手将挤出管坯慢慢向上引入夹辊，使之沿导辊和收卷辊？前进。通入压缩空气并观察泡管的外观质量。根据实际情况调整螺杆转速、风环风量、牵引速度、膜管内的压缩空气量

11、等各种影响因素。 4观察泡管形状变化，冷凝线位置变化及膜管尺寸的变化等，待膜管的形状稳定、薄膜折径已达实验要求时，不再通入压缩空气，薄膜的卷绕正常进行。 5以手工卷绕代替收卷辊工作，卷绕速度尽量不影响吹塑过程的顺利进行。裁剪手工卷绕1min的薄膜成品。6重复手工卷绕实验两次。 7实验完毕，逐步降低螺杆转速，在关闭挤出吹膜机之前，可在口模缝隙处保留小部分存料，使口模内塑料与空气隔绝，从而有利于避免热塑料的氧化降解。 8称量卷绕1min薄膜成品的重量并测量其长度、折径。计算挤出速度v1、膜管的直径D2、吹胀比、牵伸比、薄膜厚度、吹膜产量Qm。六、数据处理 1由1min薄膜成品的重量Q计算挤出速度v

12、1： (-4)式中 v1管坯挤出线速度，mm/min； Q1min薄膜成品的重量，g/min； LDPE熔体密度，g/cm3，取0.91； D1口模内径，mm； D管芯外径，mm。 2由薄膜成品折径d计算膜管的直径D2，按式（-1）计算吹胀比。 3由1min薄膜成品的长度，即牵引速度v2和由式（-4）计算的v1，按式（-2）计算牵伸比。 4由口模内径D1和管芯外径D计算口模环形缝隙宽度b，按式（-3）计算薄膜厚度。 5由1min薄膜成品的重量Q换算吹膜产量Qm（kg/h）。七、注意事项 1熔体挤出时，操作者不得位于口模的正前方，以防意外伤人。操作时严防金属杂质和小工具落入挤出机筒内。操作时要带

13、手套。2清理挤出机和口模时，只能用铜刀、竹棒或压缩空气，切忌损伤螺杆和口模的光洁表面。 3吹胀管坯的压缩空气压力要适当，既不能使管坯破裂，又能保证膜管的对称稳定。 4吹塑过程中要密切注意各项工艺条件的稳定，不应该有所波动。实验记录及报告 实验塑料簿膜吹塑实验班级： 姓名： 学号： 同组实验者： 实验日期： 指导教师签字： 评分： （实验过程中，认真记录并填写本实验数据，实验结束后，送交指导教师签字）一、实验过程及数据记录1树脂名称及牌号 ；2原料干燥温度和时间 h；3原料使用重量 kg；4挤出机型号 ；5机头口模形式 ；6料筒温度 7口模温度 ；8螺杆转速 转/min；9夹送辊速度 m/min；10收卷辊速度 m/min；11实验现象 。二、数据处理实验试样编号123平均口模内径D1 (mm)管芯外径D (mm)1min薄膜成品的重量Q ( g/min)膜管折径d (mm)膜